La distribution des clés quantiques (QKD), une technique cryptographique ancrée dans les principes de la physique quantique, a montré un potentiel significatif pour améliorer la sécurité des communications. Cette technique permet la transmission de clés de chiffrement en utilisant des états quantiques de photons ou d'autres particules, qui ne peuvent pas être copiés ou mesurés sans les modifier, ce qui rend beaucoup plus difficile pour les parties malveillantes d'intercepter les conversations entre deux parties tout en évitant la détection.
Comme de vraies sources à photon unique (SPS) sont difficiles à produire, la plupart des systèmes QKD développés à ce jour reposent sur des sources de lumière atténuées qui imitent les photons uniques, tels que des impulsions laser à faible intensité. Comme ces impulsions laser ne peuvent également contenir ni photons ni plus d'un photon, seulement environ 37% des impulsions utilisées par les systèmes peuvent être utilisées pour générer des clés sécurisées.
Des chercheurs de l'Université des sciences et de la technologie de Chine (USTC) ont récemment pu surmonter cette limitation des systèmes QKD proposés précédemment, en utilisant un véritable SPS (c'est-à-dire un système qui ne peut émettre qu'un seul photon à la demande). Leur système QKD nouvellement proposé, décrit dans un article publié dans Lettres d'examen physiques'est avéré surpasser les techniques introduites dans le passé, atteignant un taux de clé sécurisé sensiblement plus élevé (SKR).
« L'impulsion cohérente faible (WCP) avec les protocoles de leurre à l'état de leurre a été largement utilisée dans QKD », a déclaré à Issues.fr Feihu Xu, co-auteur senior du journal. « Une limitation de la faible impulsion cohérente (WCP) -QKD, cependant, est la limite supérieure théorique de 1 / e pour la probabilité de photon unique, qui restreint le taux de génération de clés. Bien que la théorie suggérée des SPS pourrait rompre cette limite, les expériences passées ont été retenues par une longueur de la luminosité de la source (~ 10%), ce qui les a empêchés de prouver leur supérieure.
L'objectif principal de la récente étude de Xu et de ses collègues était de construire un système physique qui pourrait émettre des photons uniques de haute lutte à la demande, surmontant les limites fondamentales des sources de lumière affaiblies utilisées pour créer des systèmes QKD dans le passé.
Leur espoir était que ce système améliorerait la fiabilité et les performances des techniques QKD, permettant leur déploiement futur dans des paramètres du monde réel.
« En mettant en œuvre une source de photon à photon unique à haute efficacité à haute efficacité, un filtrage à bande étroite et une modulation de polarisation à faible perte, nous avons développé la source lumineuse SPS la plus efficace pour QKD rapportée à ce jour », a expliqué Xu. « En utilisant cette source avancée, nous avons mené une série d'expériences QKD dans des environnements en espace libre en laboratoire et en champ libre. »
Les expériences réalisées par les chercheurs ont donné des résultats très prometteurs, car leur SPS s'est révélé très efficace, tout en augmentant considérablement la vitesse à laquelle un système QKD a généré des clés sécurisées. Dans l'ensemble, ces résultats mettent en évidence le potentiel des systèmes QKD basés sur SPS, montrant qu'ils pourraient surpasser les systèmes WCP-QKD par une marge significative.
« Nous avons démontré, pour la première fois, QKD basé sur SPS surpasse la limite de taux fondamentale des WCP », a déclaré Xu. « Dans l'essai QKD sur le terrain sur un canal urbain de 14,6 (1,1) DB-Loss, nous avons réalisé un SKR de 1,08 × 10−3 Bits par impulsion, dépassant la limite pratique du QKD à faible luminosité cohérente de 79%. Néanmoins, la perte de canal maximale est actuellement encore plus faible pour SPS-QKD que pour WCP-QKD. «
Plutôt que d'être inhérente au système lui-même, la perte de canal inférieure que les chercheurs a observée dans leur système QKD a été attribuée aux effets multi-photons résiduels dans le protocole sans état de leurre qu'ils ont exécuté. Dans le cadre de leurs futures études, ils espèrent améliorer la tolérance aux pertes de leur système en optimisant davantage les performances de son SPS sous-jacent ou en incorporant des états de leurre dans leur système.
« Nos prochaines études se concentreront sur l'amélioration des performances de SPS QKD, par exemple en optimisant les sources de photons uniques à points quantiques – améliorant l'efficacité des émissions de photons et la pureté – optimisant les performances du système QKD et explorant des protocoles tels que la théorie de l'état de défoie », a ajouté Xu.
« De plus, nous pourrions explorer la faisabilité d'infrastructures de réseaux quantiques sophistiquées tirant parti de la téléportation quantique, des relais quantiques et des répéteurs quantiques. Nous sommes convaincus que les progrès technologiques continus évolueront progressivement les QKD vers des applications pratiques et générales. »
Écrit pour vous par notre auteur Ingrid Fadelli, édité par Lisa Lock, et vérifié et révisé par Robert Egan – cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour garder le journalisme scientifique indépendant en vie. Si ce rapport vous importe, veuillez considérer un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte comme un remerciement.
